Chimica: domande aperte esame svolte 2

Perché il sodio (Na) ha affinità elettronica negativa?

La scrittura 23Na indica l'isotopo a massa 23 del sodio (12 neutroni, 11 protoni), mentre la scrittura 11Na indica un qualsiasi atomo di sodio; il numero atomico (11) infatti non fornisce ulteriori informazioni rispetto al simbolo chimico: tutti gli atomi di sodio hanno 11 protoni nel nucleo. L'affinità elettronica è l'energia che viene liberata quando una mole di atomi neutri allo stato gassoso acquista una mole di elettroni diventando così una mole di anioni. Il sodio, numero atomico 11, ha configurazione elettronica esterna 3s1, per cui per stabilizzarsi tende a perdere un elettrone. Poiché l'aggiunta di un elettrone destabilizza l'atomo di Na, l'affinità elettronica è negativa poiché per aggiungere una mole di elettroni ad una mole di atomi di sodio è necessario fornire energia.

Sodio bisogna fornire energia. Secondo il principio di esclusione di Pauli in un orbitale possono trovare posto al massimo due elettroni. Cosa distingue gli elettroni che occupano lo stesso orbitale?

R.: Il principio di esclusione di Pauli afferma che in un orbitale non possono coesistere elettroni aventi tutti e quattro i numeri quantici uguali. Quindi, in un orbitale possono coesistere solo due elettroni aventi i tre numeri quantici distintivi del particolare orbitale (n, m, l) uguali ma diverso numero quantico di spin.

Definire l'elettronegatività e spiegare brevemente come e perché varia lungo un periodo della tavola periodica.

R.: L'elettronegatività è la capacità di un atomo in un composto di attirare verso di sé gli elettroni di legame. Se consideriamo un periodo della tavola periodica, si ha un aumento dell'elettronegatività da sinistra verso destra, fino all'alogeno (l'ultimo elemento - gas nobile - non ha elettronegatività). Nell'ambito di un periodo, ci

dovuto alla sempreminore efficienza della schermatura della carica nucleare da parte degli elettroni esterni all'aumentare del numero di elettroni nel livello energetico corrispondente, che determina un aumento della carica effettiva con la quale gli elettroni esterni - di legame - sono trattenuti dall'atomo. Cosa indicano le due scritture 11Na e 23Na? R.: La scrittura 23Na indica l'isotopo a massa 23 del sodio (12 neutroni, 11 protoni), mentre la scrittura 11Na indica un qualsiasi atomo di sodio; il numero atomico (11) infatti non fornisce ulteriori informazioni rispetto al simbolo chimico: tutti gli atomi di sodio hanno 11 protoni nel nucleo. Sistemare i seguenti elementi in ordine di affinità elettronica crescente, motivando brevemente la risposta: Li, C, F, Na, K. R.: L'affinità elettronica è una proprietà periodica degli elementi che aumenta muovendosi da sinistra verso destra lungo un periodo della tavola periodica in quanto aumenta la carica nucleare effettiva e diminuisce la schermatura degli elettroni esterni. Pertanto, l'ordine di affinità elettronica crescente per gli elementi dati è: Li, Na, K, C, F.quale è la differenza tra le due. R.: La formula minima di un composto chimico rappresenta la proporzione più semplice tra gli atomi presenti nella molecola. Questa formula indica il numero minimo di atomi di ciascun elemento nella molecola. Ad esempio, per l'acqua, la formula minima è H2O, che indica che ci sono due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno nella molecola. La formula molecolare, invece, indica il numero esatto di atomi di ciascun elemento nella molecola. Ad esempio, per l'acqua, la formula molecolare è H2O, che indica che ci sono due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno nella molecola. Quindi, la formula minima e la formula molecolare possono essere identiche se la proporzione tra gli atomi nella molecola è già la più semplice possibile. Tuttavia, possono essere diverse se la proporzione tra gli atomi può essere semplificata ulteriormente.Risposta: La formula minima e la formula molecolare di un composto chimico sono concettualmente due cose diverse ma in relazione tra loro. Infatti la formula minima di un composto chimico esprime i rapporti tra i numeri di atomi dei diversi elementi presenti nella molecola di una certa sostanza, mentre la formula molecolare esprime il numero di atomi dei diversi elementi realmente contenuti in una molecola della sostanza considerata ed ottenuta moltiplicando per un numero intero gli atomi della formula minima. Sapendo che ∆G0f(HF(g)) = -64.7 kcal/mole, prevedere se la reazione di formazione di HF gassoso [H2 (g) + F2 (g) → 2 HF (g)] spontanea oppure no. Giustificare brevemente la risposta. Risposta: Una reazione è spontanea se ∆G < 0. Poiché idrogeno e fluoro molecolari sono sostanze elementari, la loro energia di formazione standard è zero. Quindi, se ∆G0f(HF(g)) = -64.7 kcal/mole, la reazione di formazione di HF gassoso è spontanea perché il valore di ∆G è negativo.0 = 2 ∆G_0f(HF(g)) < 0, e la reazione spontanea.Motivare brevemente in che rapporto stanno le dimensioni dell’atomo K e del suoione K+.R.: Quando un atomo trasformato in ione positivo, si ha una contrazione del suo volumepoiché si verifica un aumento netto della carica nucleare effettiva dovuto alla diminuzionedel numero di elettroni. Quindi l’atomo K ha dimensioni maggiori del suo ione positivo K+.L’ossigeno (O) ha energia di ionizzazione pari a 1314 kJ/mol. Il selenio (Se), che faparte dello stesso gruppo, ha un potenziale di ionizzazione maggiore o minore?Giusti care la risposta.R.: Come detto, il Se fa parte dello stesso gruppo dell’O. Ora, a parità di configurazioneelettronica esterna, l’energia di ionizzazione diminuisce in un gruppo dall’alto verso ilbasso, a causa dell’aumento della distanza tra gli elettroni ed il nucleo e del fatto che glielettroni esternisono ospitati in orbitali di livelli energetici superiori. Pertanto, poiché servemeno energia per estrarre un elettrone da un atomo di Se che da un atomo di O, l'energiadi ionizzazione del Se inferiore rispetto a quella dell'ossigeno. Spiegare brevemente come e perché varia il raggio atomico in un gruppo dellatavola periodica. Risposta: Il raggio atomico degli elementi di uno stesso gruppo aumenta dall'alto verso il basso. Questo perché andando verso il basso in un gruppo gli ultimi elettroni si devono sistemare in orbitali sempre più esterni, con numero quantico principale n crescente; gli elettroni esterni quindi sono trattenuti sempre più debolmente e si trovano ad una distanza maggiore dal nucleo. Definire affinità elettronica ed elettronegatività evidenziando la differenza fondamentale tra tali due grandezze. Risposta: L'affinità elettronica è definita come l'energia che viene liberata da un atomo neutro isolato allo stato gassoso quando esso acquista un elettrone trasformandosi in un ione negativo. L'elettronegatività, invece, è una misura della tendenza di un atomo a attrarre gli elettroni di legame in una molecola. La differenza fondamentale tra affinità elettronica ed elettronegatività è che l'affinità elettronica riguarda un atomo isolato che acquisisce un elettrone, mentre l'elettronegatività riguarda la capacità di un atomo di attrarre elettroni in una molecola.

La ionenegatività misura praticamente la tendenza che ha un atomo ad assumere elettroni. L'elettronegatività è definita come la tendenza di un atomo in un composto di attrarre verso di sé gli elettroni di legame. Come risulta chiaramente da queste definizioni, la differenza fondamentale tra tali due grandezze sta nel fatto che la prima si riferisce all'atomo isolato, mentre la seconda si riferisce all'atomo in un composto.

Enunciare la regola di Hund (o principio della massima molteplicità) motivando brevemente le sue conseguenze sulla configurazione elettronica dell'atomo di fosforo.

Risposta: Il principio di Hund è conseguenza del fatto che la repulsione elettrone-elettrone risulta minore quando gli elettroni si trovano spaiati in orbitali diversi piuttosto che accoppiati in uno stesso orbitale. Essa si può enunciare come segue: "la configurazione di minima energia di un atomo è quella che presenta il maggior numero di elettroni a spin paralleli".

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à è è ù è è èfì è fì ò é ù fìè é à è fl fì fì à à fì è fì fì é èCome conseguenza di ciò, la configurazione dell'atomo di P 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3, con tre elettroni nei tre orbitali 3p spaiati.Indicare brevemente la differenza esistente tra il concetto di orbita atomica di Bohr ed il successivo concetto di orbitale atomico.R.: L'orbita atomica di Bohr rappresenta la traiettoria ben definita sulla quale l'elettrone si muove intorno al nucleo. L'orbitale atomico invece è definito come la zona dello spazio in cui è massima la probabilità di trovare un elettrone.In base alle configurazioni elettroniche, giustificare brevemente la formula e il tipo di legame che tiene insieme gli atomi nella sostanza BeCl2.R.: Il Berillio Be ha numero atomico 4 (configurazione elettronica esterna 2s2) e elettronegatività 1.5, per cui tende a cedere due elettroni divenendo ione Be2+, raggiungendo la configurazione elettronica del gas nobile ad esso più vicino (l'elio).

Il cloro ha numero atomico 17 (con configurazione elettronica esterna 3s2 3p5) ed elettronegatività 3,0, per cui un atomo di tale elemento tende ad acquistare un elettrone divenendo ione Cl–, isoelettronico con Ar. Dal momento che la differenza di elettronegatività è 1,5, il legame Be-Cl è covalente polare. Allo stato solido BeCl2 è formato da catene infinite in cui ogni atomo di Be (sp3) è legato a quattro atomi di Cl, ed ogni atomo di cloro è legato a due atomi di Be. Scaldando, in fase gassosa si hanno molecole lineari BeCl2.

Spiegare brevemente quale è la differenza tra i seguenti due isotopi dell'ossigeno: 16O e 17O.

Risposta: I due isotopi dell'ossigeno sopra riportati differiscono per il numero di neutroni contenuti nel nucleo. Infatti, poiché il numero atomico dell'O è 8, nell'isotopo 16O sono contenuti 8 neutroni, in modo che il numero di massa (indicato in alto a sinistra prima del simbolo chimico ed è uguale alla somma del numero di protoni più il numero dei neutroni contenuti nel nucleo) è 16, mentre nell'isotopo 17O sono contenuti 9 neutroni, quindi il numero di massa è 17.

Nell'isotopo 17O il numero dei neutroni contenuti nel nucleo è 9, ed il numero di massa è 17.

Spiegare a che corrispondono i possibili valori del numero quantico secondario l.

Risposta: Il numero quantico secondario l indica il momento angolare dell'elettrone in un atomo (per questo detto anche numero quantico angolare) ed indica il tipo di orbitale che ospita l'elettrone. I suoi valori dipendono dal numero quantico principale n, tali che 0 ≤ l ≤ n-1. Il valore 0 corrisponde ad un orbitale di tipo s, il valore 1 a un orbitale di tipo p, il valore 2 a un orbitale di tipo d, 3 a un orbitale di tipo f, etc. etc.

In base alle configurazioni elettroniche di Cs e di Cl ed alle proprietà chimiche di tali due elementi, descrivere brevemente quale tipo di legame tra gli atomi esiste nella sostanza CsCl e dire che tipo di solido è CsCl.

Risposta: Cs ha numero atomico Z = 55 (configurazione elettronica esterna 6s1), poco elettronegativo, perde facilmente un elettrone e diventa un catione Cs+. Cl ha numero atomico Z = 17 (configurazione elettronica esterna 3s2 3p5), molto elettronegativo, tende a guadagnare un elettrone e diventa un anione Cl-. Il legame tra Cs e Cl è di tipo ionico, in cui il catione Cs+ e l'anione Cl- si attraggono elettrostaticamente. CsCl è un solido ionico cristallino.